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CrNbTiMoZr高熵合金薄膜的制备及摩擦学性能研究

高熵合金薄膜；力学性能；摩擦学性能

摘要：近年来，高熵合金薄膜受到越来越多的关注。这些薄膜具有许多优异的性能，如：高硬度和高强度、耐高温和耐腐蚀等，使其成为新型硬质防护涂层的候选材料。然而，高熵合金薄膜的摩擦学性能差，如摩擦系数高且不稳定以及粘着磨损严重，制约了其广阔的应用。对于高熵合金薄膜摩擦学性能的提高是一个长期的挑战。目前，通常采用掺杂硼、碳、氮、氧等非金属元素对高熵合金薄膜的性能进行改善。在这些元素中，碳是特殊的，因为碳在薄膜中能形成碳化物，导致薄膜具有高硬度、低摩擦系数和低磨损率。

磁控溅射是目前制备各种薄膜的基本技术之一，能够精确地控制薄膜组成。在薄膜沉积过程中，偏压、功率等沉积参数的改变对高熵合金薄膜的成分、结构与性能具有重要的影响。我们基于低摩擦磨损性能设计一种全新的CrNbTiMoZr高熵合金体系；并且采用直流磁控溅射制备了CrNbTiMoZr薄膜；通过调控偏压以及碳的掺杂系统地研究了CrNbTiMoZr薄膜的力学性能以及摩擦学性能，分析了碳对于提高CrNbTiMoZr薄膜力学性能和摩擦学性能的原因。最后，我们在−200V偏压下沉积的(CrNbTiMoZr)C薄膜实现了高硬度（17.4GPa)、低摩擦系数(0.38）和低磨损(1.18×10⁻⁶mm^-3N⁻¹m⁻¹)的结合。本研究将为高硬度低摩擦高熵合金薄膜的设计提供了一定的指导。